Sex Determination and Gametogenesis PDF

Determinación de sexo y gametogénesis Carolina Pardo Departamento de Biología Facultad de Ciencias Naturales Universidad del Rosario Vía ambiental Vía cromosomal Determinación sexual en mamíferos • Determinación sexual primaria – genes determinadores de gónadas (ovarios que forman óvulos o tes...

Determinación de sexo y gametogénesis Carolina Pardo Departamento de Biología Facultad de Ciencias Naturales Universidad del Rosario Vía ambiental Vía cromosomal Determinación sexual en mamíferos • Determinación sexual primaria – genes determinadores de gónadas (ovarios que forman óvulos o testículos que forman espermatozoides). • Determinación sexual secundaria – determinación de fenotipo femenino o masculino por las hormonas producidas por las gónadas (pubertad). • Tanto en ♂ como en ♀, las gónadas salen de un precursor común llamado gónada bipotencial o gónada indiferenciada. ♀ ♂ Hormona anti-Mülleriana Testosterona XY Dependiendo de composición cromosomal Estrógeno XX Determinación sexual primaria Epitelo de gónadas “rudimentarias” = cresta genital à mesodermo vecino a riñones - cells precursoras de gametos migran aquí Cresta genital inicia diferenciación 6 – 7 week: precursores de gametos (ovulo o espermatozoides) y empiezan a rodearse de epitelio mesodermal En un feto XY Mesodermo à célula de sertoli (nana) Hormona AM Epitelo mesodermal rodea por completo a cells precursoras de gametos junto con cells de sertoli – organización en túbulos testiculares Las células germinales se desarrollarán en los túbulos testiculares, dentro del testículo. En pubertad = determinación secundaria • Túbulos testiculares maduran y se convierten en conductos seminales – pubertad en humanos, después de nacer en ratones. • Células precursoras de gametos migran a la periferia de estos túbulos donde establecen la población madre espermátida que producirá esperma a lo largo de la vida del macho. En un feto XX Epitelo mesodermal envuelve cells precursoras de gametos y degeneración wolfianos Epitelo mesodermal – cells granulosas y tecales – secreción de hormonas Centro – precursor ovular Genética de diferenciación sexual en mamíferos (y humanos) • XX - hembra • XY – macho Siempre que haya cromosoma Y será macho Síndrome de Síndrome de Klinefelter XXY Turner X0 Testículos No mantiene ovarios funcionales Cromosoma Y tiene factor determinador de testículos Factor determinador de testículos – gen sry Expresión en ventana de tiempo corta. Si ausente o a destiempo = ♀ No sólo promueve la formación de testículos, sino que también inhibe la formación de ovarios Genética de la diferenciación sexual en humanos Si alguno de ellos es mutado, entonces no se forman gónadas ni femeninas ni masculinas. Cuando no hay Y feedback positivo Cells granulosas Aumenta expresión ♀ ♂ Rspo1 Cuando sí hay Y Desarrollo testicular sry ventana de expresión corta – se apaga cuando se forman células de Sertoli – SE UNE A ENHANCER SOX9 El determinante testicular es Sox9 y no Sry (exclusivo de mamíferos) Sox9 tiene ventana de expresión larga Se sabe que se une a promotor de hormona antimulleriana (AMH 0 AMF) y a Fgf9 Cuando está mutado Fgf9, machos se desarrollan como hembras. Si se le agrega a hembras, inicia formación de conductos testiculares Fgf9 contribuye a: 1. Formación de células de Sertoli. 2. Formación de conductos testiculares 3. Mantener la expresión de Sox9 4. Reprimir Wnt4 Determinación sexual secundaria Dos fases: 1. En embrión, durante organogénesis. • • En hembras : • El estrógeno mantiene conductos Müllerianos que se diferencian en útero, cérvix, oviducto y labios vaginales. En machos: • La hormona anti-Mülleriana degenera los conductos Müllerianos. • La testosterona hace que los conductos de Wolff se diferencian en túbulos seminales, estimula desarrollo de pene y escroto. 2. En pubertad La testosterona no es el el único factor masculinizador (existen dos): • Testosterona: promueve la formación de las estructuras masculinas que se derivan de los conductos de Wolff (conductos). • 5a-dihidrotestosterona (DHT):promueve formación de uretra, pene, próstata y escroto . • DHT se deriva de testosterona y es más poderosa que ésta, siendo más activa prenatalmente y en la infancia. • Niños XY deficientes de DHT desarrollan testículos pero éstos no descienden del abdomen (sino hasta la adolescencia, cuando un incremento en la testosterona compensa la falta de DHT). Estrogeno • Necesario para completar desarrollo postnatal tanto de conductos de Müller como de los de Wolff (osea en hombres y mujeres) • En hembras induce la diferenciación de los conductos de Müller en útero, oviducto y cérvix. • En hembras mutantes para receptores de estrógeno, las células germinales mueren y las células granulosas se comportan como células de Sertoli. • En machos mutantes para receptores de estrógeno, hay baja producción de esperma. • En la sangre, nivel de estrógenos es mayor en hembras que machos, pero en la red testicular, nivel de estrógenos es más alto que en la sangre de hembras. Determinación sexual en Drosophila • El cromosoma Y no está implicado en la determinación de sexo (se usa en adultos para fabricar esperma). • El número de cromosomas X determina el sexo de un individuo. • Dos cromosomas X es hembra. • Un cromosoma X es macho. Este mecanismo permite ver Ginandromorfos Se producen por errores en segregación en mitosis temprana Indica que cada célula toma su decisión sexual Ginandromorfos en Drosophila Ginandromorfos en aves (sistema ZW) El gen sex-lethal (sxl) en cromosoma X – 2 promotores El número de cromosomas X tiene una única función: activar o no la expresión de (factor de splicing) Pueden encender Sxl desde “temprano” sxl No pueden encender Sxl desde “temprano” El gen sex-lethal (sxl) en cromosoma X – 2 promotores El número de cromosomas X tiene una única función: activar o no la expresión de sxl (factor de splicing) – activa proteínas Doublesex – producen fenotipo masculino o femenino. El factor de splicing Sxl completo (femenina, en estadío temprano de sincitio) se une a RNA. Tiene 2 blancos: – pre-mRNA del mismo sxl = asegurar adecuado splicing de sí mismo (sacar E3) – pre-mRNA de tra (transformer) = asegurar adecuado splicing (sacar a E2). – En estado tardío (celularización) el splicing de sxl en machos es errada, porque no hay factor de splicing sxl previo que le ayuden. Male courtship behaviour Doublesex (dsx): • Si hubo tra femenino funcional, se produce dsx femenino que activa genes exclusivos de fenotipo femenino e inhibe genes de masculinización. • Básicamente hay splicing diferente de dsx en machos y hembras. Isoformas diferenciales de Doublesex (dsx) Isoformas diferenciales de Fruitless (más downstream) Comportamiento macho específico Expresado en SNC – cambia morfología neuronal Medido en estos comportamientos Determinación sexual ambiental En la mayoría de las tortugas y cocodrilos se determina después de la fertilización. • La temperatura en la que se incube el huevo es la que determina el sexo. – Baja T: Un sexo – Alta T: Otro sexo – Intermedios: ambos • Variación entre especies. No hay regla que diga que siempre alto será uno u otro sexo. CIRBP (cold induced RNA binding protein) y TRPV4 (warm detector) están implicados en encender y procesar rutas de sexualización diferencialmente en diferentes temperaturas – allele specific expression Schroeder AL, 2016 CIRBP A allele @ 31ºC – apagado sox9 CIRBP C allele @ 25ºC – encendido sox9 CIRBP (cold induced RNA binding protein) potencialmente puede estar generando retención diferencial de intrones en el gen JARID2 (familia Jumonji) Deveson, 2017 CIRBP potencialmente puede estar encendiendo a H3K27 desmetilasa KDM6B – que se expresa en forma temperatura dependiente Male Li, liver; He, heart; Br, Brain; GMC, gonadmesonephros complex. Female Si se muta Kdm6b, las gónadas se elongan y empiezan a tomar forma femenina Si se muta Kdm6b, se afecta expresión de Dmrt1 (doublesex- and mab-3–related transcription factor 1). Ge, 2018 Modelo actual (con muchos vacíos) 1. 2. 3. 4. En MPT Kdm6b (Jumonji), en respuesta a CIRBP, desmetila a promotor de Dmrt1 (doublesex- and mab-3–related transcription factor 1). No se sabe cómo “juega” JARID2 – ¿refuerzo a Kdm6b? Dmrt1 – alto en machos, bajo en hembras. Expresión alta de Dmrt lleva a masculinización. De alguna manera (desconocida) Dmrt regula a Sox9 MPT: Male producing temperature FPT: Female producing temperature Georges, 2018 Gametogénesis • Es la determinación de las células germinales como óvulos (huevos) o esperma. • Es uno de los eventos más importantes en la determinación de sexo. • Las células germinales primordiales (PGCs) son bipotenciales y pueden ser esperma o huevos. – Si están en ovarios se convierten en huevos. – Si están en testículos se convierten en esperma. • En animales las células que generan esperma y huevos no se foman en las gónadas, sino que se forman en la sección posterior del embrión y migran hacia las gónadas, acompañadas de células que secretan un Stem Cell Factor (SCF), necesario para su motilidad y supervivencia. - Las células germinales se “apartan” del resto del embrión y sus actividades de transcricpión y traducción están apagadas hasta que migran hacia las gónadas. Proteínas que apagan/controlan expresión en células germinales están bien conservadas en el reino animal. – Vasa: Se une a RNA y activan mensajes específicos de células germinales. – Nanos: Se unen a su compañero Pumilio para formar un dímero represivo poderoso que bloquea traducción de RNAs específicos. – Tudor y Piwi interactúan para silenciar la transcripción de algunas regiones del genoma. Las células germinales primordiales PGCs no toman la decisión de volverse óvulo o esperma; esa decisión la toma la gónada a la que llegan. Ovario y testículo envían señales diferentes haciendo que oogenesis y esperamtogénesis sean diferentes, principalmente en el ‘momento’ de la meiosis. La principal diferencia entre espermatogénesis y ovogénesis es el momento en el que ocurre la meiosis. El responsable de esto es el TF Stra8, responsable de incentivar síntesis de ADN e iniciación mitótica en las células germinales. En desarrollo embrionario A partir de pubertad Hormona tiroidea induce síntesis de ácido retinóico Espermatogénesis • Es la ruta de desarrollo desde célula germinal hasta esperma maduro. • Empieza en la pubertad y ocurre en los espacios entre las células de Sertoli. • Tiene 3 fases principales. 1. Fase proliferativa: los espermatogonios (células madre de esperma) se incrementan por mitosis. a. Empieza cuando los PGCs llegan a la cresta genital del embrión masculino (en este momento se llaman gonocitos). b. Los gonocitos se ubican cerca de las células de Sertoli, quienes los nutren durante su desarrollo. c. Gonocitos entran en mitosis e inicia el proceso de diferenciación de los espermatogonios (espermatogonios tipo A) puede generar 1000 espermatozoides por segundo. 2. Fase meiótica: crea estado haploide a. Está altamente regulada para que ocurra sólo a partir de la pubertad. • El factor paracrino GDNF (Glial cell lin-derived neurotrophic factor) fabricado por las células de Sertoli obliga a que los espermatogonios sigan en su estado de “célula madre”. • En pubertad, producción de RA enciende expresión de Stra8 y aumenta concentración de BMP8b. • BMP8b hace que espermatogonios inicien meiosis. 2. Fase meiótica: crea estado haploide b. Espermatogonios que expresen Stra8 y respondan a SCF se dividen y forman los espermatogonios tipo B. c. Espermatogonios B se dividen por mitosis (últimas células en hacer mitosis) y producen los espermatocitos primarios. d. Cada espermatocito primario hace la primera división meiotica y produce un par de espermatocitos secundarios. e. Espermatocitos secundarios completan la segunda división meiótica, generando células haploides redondas llamadas espermátides. 3. Fase espermiogénesis: espermátides expulsan citoplasma para formar cola. a. Es la fase de maduración del esperma – prepara el esperma para movilidad e interacción con el óvulo. b. El núcleo es encapsulado y el citoplasma es expulsado para formar la cola (mitocondrias quedan en la base de la cola, uniéndola a la cabeza). c. Maduración total no se da en testículos sino en el tracto reproductivo femenino, donde secreciones femeninas afectan su membrana para que se pueda fusionar con óvulo. d. En humanos se producen 100 millones de espermatozoides al día, y en cada eyaculación se expulsan 200 millones. Los que no se usan se reabsorben o expulsan en orina. Ovogénesis Proceso altamente regulado por hormonas, factores paracrinos y anatomía. Tiene 4 fases: 1. Proliferación: • PGCs que llegan al ovario se dividen rápidamente desde el 2do hasta el 7mo mes de gestación. • Se producen cerca de 7 millones de oogonios. • Mayoría de oogonios mueren. 2. Sólo sobreviven oogonios que reciben influencia de ácido retinóico. Hay división mitótica y se producen oocitos primarios (diploides - 2n). Éstos inicin la primera división meiotica. 3. Oocitos primarios no salen de primera división meiótica sino que quedan ‘atrapados’ en estado de profase I, que puede durar de 12 a 40 años. 4. En pubertad, meiosis se ‘reactiva’ gracias a la acción de la hormona luteinizante (LH) de la glándula pituitaria. Se termina primara división meiótica y continúan a la segunda y quedan estancados en metafase II. 1er cuerpo polar A veces se divide, en humanos no 5. La meiosis II se completa sólo cuando hay fertilización (por ello más errores cuando mujer es mayor).